塔河油田超深井库1井固井评析

钻柱工作条件恶劣，尤其在狗腿或弯曲井段时，较大交变弯曲应力常造成钻柱疲劳破坏，计算钻柱疲劳寿命可以为钻柱使用和管理提供依据。在定性分析钻柱失效机理的基础上，对钻柱进行了三轴应力分析，结果表明：①变应力是钻柱疲劳失效的根本原因，但振动和涡动也不可忽视。钻柱自身的剧烈振动，将引起钻柱上联接螺纹疲劳断裂。②钻柱在井眼中同时受拉、压、弯曲、扭转、冲击等多种载荷作用，且多数情况下都是交变的。③有初始裂纹的钻柱与无初始裂纹的钻柱，其疲劳破坏机理不同，     

钻柱涡动情况下疲劳损伤浅析

钻柱在井下工作环境恶劣,疲劳破坏是钻柱失效的主要形式。随着对钻柱工作环境的不断认识,理论和实践都证实疲劳破坏是一个累积的过程,疲劳寿命与钻柱在弯曲和扭转组合作用下的交变应力有关。建立了在涡动情况下钻柱的交变力学模型,分析了交变弯曲应力,应用形状改变对构件屈服区进行了渐进分析,扩展了线弹性断裂力学的应用范围,并用Forman模型预测了钻柱的疲劳寿命,使计算结果更加准确,引入疲劳损伤观点为钻柱使用安全性的判断增添了一种新方法,具有较好的应用前景。     

信息

钻柱失效机理及其疲劳寿命预测研究钻柱工作条件恶劣,尤其在狗腿或弯曲井段时,较大交变弯曲应力常造成钻柱疲劳破坏,计算钻柱疲劳寿命可以为钻柱使用和管理提供依据。在定性分析钻柱失效机理的基础上,对钻柱进行了三轴应力分析,结果表明:①变应力是钻柱疲劳失效的根本原因,但振动和涡动也不可忽视。钻柱自身的剧烈振动,将引起钻柱上联接螺纹疲劳断裂。②钻柱在井眼中同时受拉、压、弯曲、扭转、冲击等多种载荷作用,且多数情况下都是交变的。③有初始裂纹的钻柱与无初始裂纹的钻柱,其疲劳破坏机理不同,疲劳寿命也不同;对有裂纹的钻柱,裂纹形…     

基于Walker模型的空气钻井钻柱疲劳寿命算法

空气钻井工况中的钻柱受力非常复杂,钻柱在井下既自转又反转,且在空气锤的作用下不断地上下纵向振动,该振动对钻柱的破坏最严重,在复合载荷作用下常造成钻柱疲劳损伤。修正了钻柱轴向应力和疲劳裂纹计算公式,并运用第四强度理论计算出裂纹处的平均应力;提出新的基于Walker模型的钻柱疲劳寿命算法,并结合Walker模型的计算结果,解释了塔里木油田空气钻井钻具大量刺穿失效的原因。     

钻柱失效机理及其疲劳寿命预测研究

钻柱工作条件恶劣,尤其在狗腿或弯曲井段时,较大交变弯曲应力常造成钻柱疲劳破坏,计算钻柱疲劳寿命可以为钻柱使用和管理提供依据。因此,在定性分析钻柱失效机理的基础上,对钻柱进行了三轴应力分析,并提出了钻柱疲劳寿命的计算模型,该模型可用于无裂纹钻杆和有裂纹钻杆疲劳寿命预测。算例表明,该方法对钻柱疲劳寿命的估算较为合理,符合工程实际。     

深井钻柱疲劳强度计算与分析

钻柱疲劳失效的机理分析表明,钻柱在振动和进动工况下,受到拉、压、弯、扭等组合交变应力作用,发生疲劳破坏是其失效的主要形式。通过钻柱受力分析,给出钻柱轴向应力、弯曲应力、扭转应力、径向和周向应力,以及附加剪应力的计算公式。根据疲劳强度理论,建立了钻柱在不对称循环应力状态下的疲劳强度条件。结合实际算例分析,找出钻柱危险点处疲劳安全系数随井深、转盘转速和钻压的变化规律,有助于钻井参数的调整。     

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石油钻柱在钻进过程中,工作环境恶劣,在井位、地质条件及钻进参数等综合因素的影响下,不仅承受着由交变载荷引起的应力突变,还承受着钻具涡动和振动引起的巨大冲击载荷。钻柱在井下既自转又反转,尤其在斜井或大环歇井中时,偏心反转和工作载荷产生的较大交变弯曲应力常造成钻柱疲劳破坏。为此,文章在用动力学观点初步分析了钻柱失效机理的基础上,应用断裂力学等相关知识,对钻柱进行了三轴应力分析,并提出了考虑钻柱进动与反进动的疲劳寿命计算模型。该模型能反映运动状态对寿命的影响,可用于无裂纹钻杆和有裂纹钻杆疲劳寿命预测,计算结果对钻柱的合理使用及预防钻柱失效有较好的指导意义。     

钻柱失效机理分析

阐明了定向钻井过程中,钻柱由于弯曲交变循环应力而造成的疲劳损伤是可以积累的,钻柱的寿命与疲劳损伤积累有关。对钻柱进行了动载力学分析和疲劳寿命预测,提出了相应的计算模型,可以计算钻柱组合中任意钻柱单元在钻井过程中所受的疲劳损伤,预测使用寿命。对钻柱的合理使用与监控以及预防钻柱失效具有较大的参考价值。     

涡动条件下钻柱的屈曲分析

建立了涡动条件下钻柱屈曲的平衡方程。在弯曲挠度为小变形和钻柱中轴向力为0的条件下,采用理论方法分析了钻柱的弯曲挠度、屈曲应力随转盘转速变化的情况。当涡动速度增加导致钻柱的弯曲挠度增加和钻柱中存在轴向力时,钻柱的弯曲挠度以及交变应力的大小就需要通过非线性有限元来进行分析。使用非线性有限元方法求解了不同轴向拉力条件下钻柱的弯曲挠度、最大应力、最小应力和应力幅度。计算结果表明,不考虑轴向力时,理论分析结果与非线性有限元分析结果精度较高且具有一致性;当钻柱中轴向拉力大于200 kN时,由涡动引起的交变应力对钻柱的影响可以忽略;适当增大钻铤长度可以减轻钻柱的疲劳失效。     

海上大斜度井钻柱疲劳寿命预测方法研究

在大斜度井作业中,钻柱具有中和点高、受压段长、承受扭矩高和作业时间长的特点,同时在交变应力下易造成管柱屈曲和疲劳损坏等危害,加之屈曲状态交变应力作用,很快会使钻具失效。本文基于适用于钻井实践的材料断裂力学理论,分析钻柱在井下的交变应力状态,得出了大斜度井钻柱疲劳裂纹扩展理论,总结了钻柱疲劳程度累积模型,为安全、顺利钻井提供了技术保障。     

下部钻柱与井壁接触对钻柱失效的影响

在石油钻井中，下部钻柱与井壁之间存在十分强烈的碰摩作用，影响下部钻柱的横向运动状态，还可能诱发或加剧下部钻柱失效。应用下部钻柱运动状态分析模型，模拟研究了下部钻柱与井壁接触对钻柱失效的影响机理及规律。研究表明，下部钻柱与井壁的碰摩作用使下部钻柱反向涡动，产生高频的交变弯曲应力，会加速下部钻柱疲劳破坏；下部钻柱与井壁接触点处存在较大的高频冲击力，并且接触区域靠近钻铤螺纹联结处，更容易诱发螺纹联结处失效，该研究成果可为预防钻柱失效提供理论依据。     

斜直井眼中钻柱的动力学特性分析

为研究和控制钻柱动力学特性,分析斜直井眼中全井钻柱的受力变形特点,建立了钻柱动力学模型,利用节点迭代法解决了利用整体有限元法计算钻柱动力学特性较困难的问题,并应用节点迭代有限元法研究了钻柱的涡动轨迹和涡动速度等动力学特性。在转盘转速为120 r/min时,在给定的钻柱结构下,井深5256 m处的涡动速度达252 r/min,井深261~732 m处的钻柱应力波动幅值约为15 MPa。结果表明,钻柱内的这种应力波动或涡动特征是导致钻柱失效的重要因素,控制钻柱内的动态应力水平对钻柱失效事故的降低十分重要。     

气体钻井中钻柱失效试验研究

为了研究气体钻井中钻柱在冲蚀和振动工况下的力学性能,通过使用新研制的能模拟气体钻井钻柱同时受到振动及冲蚀情况的试验装置,进行了不同钻具组合情况下钻柱力学性能试验和钻柱冲蚀试验。试验结果表明,气体钻井过程中,钻柱所受交变应力波在由底部钻柱向上传播时有一定的衰减,但衰减程度不大,所以下段钻柱的应力值对上段钻柱的受力有较大影响;钻柱绕井简反转将增大钻柱所受的交变应力,且转速越高交变应力变化越大,从而加深钻柱损伤程度;钻柱冲蚀量随着注气量的增大而增大,但其增大是非线性的。     

钻柱与井壁碰撞的非线性有限元分析

根据连续介质力学和非线性有限元理论,给出了钻柱碰撞井壁过程中钻柱的控制方程,并建立了相应的有限元列式。采用显式时间积分方法求解了基于拉格朗日算法的碰撞动力学方程。计算实例与分析表明,钻柱与井壁碰撞时所造成的最大第一主应力达到308MPa,其结果远远大于人们的估计;碰撞是造成钻柱先期失效的首要原因。采用显式非线性有限元技术可以对钻柱与井壁碰撞的过程进行成功的数值仿真分析,钻柱与井壁碰撞的整个时间历程得以全面细致地模拟再现。     

套管钻井中变应力幅载荷下管柱疲劳强度的评估

套管钻井中，套管柱会承受各种载荷的作用。分对称循环变应力幅载荷和不对称循环变应力幅载荷两种情形，推导了不同钻进参数下考虑变应力幅载荷的套管疲劳强度计算公式，阐明了变应力幅载荷的变化对套管疲劳强度的影响；结合套管钻井的实际给出了算例分析，计算结果显示，在相同条件下采用不对称循环变应力幅栽荷模型，计算出的疲劳强度值要比对称循环变应力幅载荷模型的大，表明在实际评估中采用对称循环变应力幅模型计算所得的结果趋于保守，因而具有更高的安全系数。     

旋转钻柱动载扭矩的研究及其应用

本文就钻井作业中经常发生的钻具扭断事故进行了运动机理上的分析和研究,并运用双向应力状态分析方法及能量守恒原理,对钻柱在静态下的轴向力和在剪切作用力下的许用扭矩计算,以及钻柱在旋转状态下的动态许用扭矩的计算进行了研究,从而使扭矩计算及其限制更接近于现场实际。     

定向井钻柱强度分析

本文对不同工况下的定向井钻柱进行了力学分析,建立了钻柱内力及应力的计算方法。实例计算表明,采用转盘钻进时,钻柱受压段较短;采用井底动力钻具钻进时,井口处钻柱扭矩、轴向力和相当应力较小。